二道水庫小流域設計洪水計算

趙云龍,張巍巍,劉鴻濤

（1.吉林省第二松花江防汛機動搶險隊,吉林 長春 130022;2.長春工程學院,吉林 長春 130012）

二道水庫位于吉林省樺甸市二道溝村境內，第二松花江水系輝發河左岸一級支流金沙河的支流上。流域屬于半山區河流，植被覆蓋良好。河長70.3 km，流域面積1 209 km2，河道平均坡度0.2%。水庫壩址以上主要是山地，次生森林茂密，雜草叢生。水庫是一座以防洪、灌溉為主，結合養魚等綜合利用的小（2）型水庫。

1 洪水計算

二道水庫始建至今沒有水文觀測資料。相鄰流域水文站主要有輝發河流域的民立水文站、漂河流域的橫道子水文站等。

1.1 暴雨成因

該流域屬于大陸季風氣候區，是臺風和華北氣旋路經之地，暴雨發生頻繁，造成該流域暴雨成因主要是氣旋、冷渦和臺風等天氣系統影響，暴雨多集中在7—8月份，降雨強度大，雨量集中。

1.2 洪水特性

該流域屬于半山區性河流，河流一年兩汛，即春汛和夏汛。春汛發生在3—5月，汛水來源于冰雪融化，造成洪災的主要是夏汛，洪水多由暴雨形成，大洪水主要發生在7，8月份。該流域河道比降較陡，匯流快，洪水歷時短，洪水過程多為單峰，基本是陡漲陡落。

1.3 洪水計算

由于二道水庫始建至今無完整水文觀測資料，故該次洪水按無資料情況計算，由暴雨資料推求設計洪水。

1.3.1 設計暴雨計算

二道水庫設計暴雨計算采用吉林省水文水資源局編制的《吉林省暴雨統計參數圖集》（2005年版）作為依據，成果見表1。

式中：P設計——某設計頻率暴雨，mm；KP——模比系數——暴雨均值，mm。

表1 二道水庫設計暴雨成果表 mm

1.3.2 設計凈雨計算

二道水庫設計凈雨～徑流關系的推求采用臨近的、產流條件相似民立站的凈雨～徑流關系，計算參數：n＝0.7，K＝0.9，Imax＝90 mm，a＝21.4，m＝0.95，p+pa＝127.8。設計凈雨計算結果見表2。

1.3.3 設計洪水計算

1）羅氏法

洪峰流量基本公式：

式中：Qmax——最大洪峰流量，m3/s；α——徑流系數；β——暴雨不均勻系數；i——暴雨強度，mm/min；F——集雨面積，km2。

表2 二道水庫設計凈雨成果表 mm

設計洪水參數：河道長3 km，河道坡度J＝0.033 9，坡面長m=400 m，坡面坡度為24.2%，土壤系數ξ＝0.32，坡面糙率系數φ＝0.34。設計洪水成果見表3。

表3 二道水庫設計洪水成果表（羅氏法）

2）水科所法

洪峰流量基本公式：

式中：Qmax——最大洪峰流量，m3/s；α——暴雨強度，mm/h；ψ——徑流系數；F——集雨面積，km2。

匯流參數m計算根據流域植被地貌，采用華東地區小流域洪水參數m計算公式m＝0.395θ0.104（Ⅱ類、Ⅱ-2）計算，計算得 m=0.5。

河道長度 L=3.42 km，河道平均比降 J=0.047的設計洪水成果見表4。

3）成果采用

此次洪水計算采用了羅氏法和水科所法，成果比較見表5。

由表5可知，對此次洪水設計的水科所法成果和羅氏法成果進行比較，兩種方法所得出的結果差值較小，且低頻率時水科所法洪峰流量大于羅氏法洪峰流量，高頻率時羅氏法逐步大于水科所法，合乎一般規律。因為羅氏法比較適用于山丘性河流，經多次實踐，認為在鄰近的一些小流域采用羅氏法計算的成果比較合理，因此，此次設計洪峰采用羅氏法計算的成果。

表4 二道水庫設計洪水成果表（水科所法）

表5 羅氏法與水科所法成果比較表 m3/s

1.3.4 設計洪量計算

二道水庫設計洪量計算采用設計凈雨深進行換算：

式中：W——設計洪水總量，104m3；hi——設計凈雨深，mm，i=24 h；F——集水面積，km2。

由于二道水庫的集水面積較小，根據我省中部地區匯流條件，24 h暴雨產生一場洪水總量。計算成果見表6。

表6 設計洪量成果表 104m3

2.4 合理性分析

為了更好地驗證此次設計成果的合理性，選擇鄰近流域劉家水庫、大黃泥水庫、朝陽水庫、新開河水庫、閻家店水庫、當石水庫、民主水庫、勝利水庫、革新水庫、龍頭山水庫和聯合水庫作為參證站，繪制各參證站P=5%和P=1%設計洪水成果與集雨面積的相關線作為地區綜合線，見圖1。由圖1可知，地區綜合關系較好，設計成果可靠、合理。

圖1 地區綜合線圖

2.5 設計洪水過程線

采用阿列克謝夫法（阿氏模型法）計算設計洪水過程線，基本公式為：

式中：a=1.522λ1.88；Q——過程線某點的流量，m3/s；Qm——設計洪峰流量，m3/s；tn——洪峰距開漲時的時間，h；t——某點流量中距開漲時的時間，h；λ——洪水過程線形狀系數；WP——洪水徑流總量，m。設計洪水過程線見圖2。

圖2 二道水庫設計洪水過程線

2 結語

通過合理性分析，發現低頻率時水科所法洪峰流量大于羅氏法洪峰流量，高頻率時羅氏法逐步大于水科所法，符合一般規律。因為羅氏法比較適用于山丘性河流，此次設計洪峰采用羅氏法計算成果。洪峰一般出現在總歷時的1/4處或總歷時1/3處，經過比較，差別不大，此文計算設計洪水過程線洪峰出現在總歷時的1/3處。

[1]SL44-2006，水利水電工程設計洪水計算規范[S].

[2]劉月英，馬雪梅，等.小匯水面積設計洪水計算方法[J].東北水利水電，2008（8）：39-40.